Question

7．工業(yè)上用N₂和H₂ 合成NH₃“N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H＜0”，而氨又可以進一步制備硝酸，在工業(yè)上一般可進行連續(xù)生產．請回答下列問題：

（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+a kJ•mol^-1
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-b kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-c kJ•mol^-1（a、b、c均為正值）
若有34g 氨氣經催化氧化完全生成一氧化氮氣體和水蒸氣所放出的熱量為$\frac{1}{2}$（2a-2b+3c）kJ．
（2）合成NH₃達到平衡后，某時刻改變下列條件A，在達到新平衡的過程中正反應速率始終增大．
A．升溫       B．加壓       C．增大c（N₂）          D．降低c（NH₃）
（3）某科研小組研究：在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質的量對合成NH₃反應的影響．實驗結果如圖1所示：（圖中T表示溫度，n表示起始時H₂物質的量）
①圖象中T₂和T₁的關系是：T₂＜T₁（填“＞”、“＜”、“=”或“無法確定”）．
②比較在a、b、c三點所處的平衡狀態(tài)中，反應物N₂的轉化率最大的是c（填字母）．
③若容器容積為1L，b點對應的n=0.15mol，測得平衡時H₂的轉化率為60%，則平衡時N₂的物質的量濃度為0.05 mol•L^-1．
（4）一定溫度下，將2mol N₂和4mol H₂置于1L的恒容密閉容器中反應，測得不同條件、不同時間段內合成NH₃反應中N₂的轉化率，得到數(shù)據(jù)如下表：

時間        N2的轉化率 溫度	1小時	2小時	3小時	4小時
T1	30%	50%	80%	80%
T2	35%	60%	a	b

上表中a、b、80%三者的大小關系為80%＜a=b或80%＜a＜b．（填“＞”、“=”、“＜”、“無法比較”）
（5）在圖2中畫出（4）中T₁溫度下2mol N₂和4mol H₂在1L容器中反應，3小時達平衡前后過程中N₂和NH₃的物質的量濃度隨時間的變化曲線圖．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律來求反應的焓變，然后根據(jù)反應放出的熱量與物質的量成正比；
（2）該反應為氣體體積減小的放熱反應，改變條件在達到新平衡的過程中正反應速率始終增大，則應為正逆反應速率都增大，且平衡向逆反應方向移動，據(jù)此答題；
（3）①根據(jù)溫度升高化學平衡向著吸熱方向進行；
②根據(jù)增加氫氣的物質的量化學平衡向著正反應方向移動；
③根據(jù)a、b、c三點所表示的意義來回答；
③根據(jù)反應物的物質的量之比為等于化學計量數(shù)之比時，達平衡狀態(tài)時生成物的百分含量最大；根據(jù)化學平衡狀態(tài)是反應物的轉化率最大、生成物的產率最大來回答；先求出各自的平衡濃度，然后根據(jù)平衡常數(shù)的概念來回答；
（4）根據(jù)T₁和T₂同時間段內N₂的轉化率可知T₂反應溫度低，N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H＜0，正反應為放熱反應，所以T₂相當于T₁達到平衡時降溫，平衡向正反應方向移動，達平衡時，N₂的轉化率較T₁時高，但溫度低，反應速率慢，據(jù)此判斷；
（5）T₁溫度下2mol N₂和4mol H₂在1L容器中反應，3小時達平衡，與（4）中T₁溫度下的數(shù)據(jù)比較可知，起始反應物濃度為原來的2倍，則平衡向正反應方向移動，N₂的轉化率要高于（4）中T₁溫度下的數(shù)據(jù)，據(jù)此畫圖．

解答 解：（1）N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+akJ/mol       ①
        N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-bkJ/mol       ②
        2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-ckJ/mol      ③
由蓋斯定律①×2-②×2+③×3得：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=（2a-2b+3c）kJ/mol；     
則34g 即2mol氨氣經催化氧化完全生成一氧化氮氣體和水蒸氣所放出的熱量為$\frac{1}{2}$×（2a-2b+3c） kJ，
故答案為：$\frac{1}{2}$（2a-2b+3c） kJ；   
（2）該反應為氣體體積減小的放熱反應，改變條件在達到新平衡的過程中正反應速率始終增大，則應為正逆反應速率都增大，且平衡向逆反應方向移動，所以改變條件應為升溫，反應速率增大，平衡逆向移動，而加壓、增大c（N₂）、降低c（NH₃）平衡都正向移動，故選A；
（3）①反應為放熱反應，溫度升高化學平衡向著吸熱方向進行，從T₁到T₂反應物氨氣的分數(shù)增加，故T₁＞T₂，
故答案為：＜；
 ②b點代表平衡狀態(tài)，c點又加入了氫氣，故平衡向右移動，氮氣的轉化率增大，
故答案為：c；
 ③當?shù)獨夂蜌錃獾奈镔|的量之比為1：3時達平衡狀態(tài)時氨的百分含量最大，平衡點時產物的產率最大，據(jù)圖示，當起始氫氣的物質的量為0.15mol時氨的含量最大，故起始加入N₂的物質的量為0.05mol，所以起始時氮氣的濃度是0.05mol/l，
故答案為：0.05；
（4）根據(jù)T₁和T₂同時間段內N₂的轉化率可知T₂反應溫度低，N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H＜0，正反應為放熱反應，所以T₂相當于T₁達到平衡時降溫，平衡向正反應方向移動，達平衡時，N₂的轉化率較T₁時高，所以a＞80%，但溫度低，反應速率慢，所以T₂時反應可能達到平衡也可能未達平衡，所以a=b或a＜b，所以80%＜a=b或80%＜a＜b，
故答案為：80%＜a=b或80%＜a＜b；
（5）T₁溫度下2mol N₂和4mol H₂在1L容器中反應，3小時達平衡，與（4）中T₁溫度下的數(shù)據(jù)比較可知，起始反應物濃度為原來的2倍，分別為2mol/L 和4mol/L，則平衡向正反應方向移動，N₂的轉化率要高于（4）中T₁溫度下的數(shù)據(jù)，所以平衡時N₂的物質的量濃度小于2mol/l-80%×2mol/l=0.4mol/l，NH₃的物質的量濃度大于2×80%×2mol/l=3.2mol/l，據(jù)此畫出圖為，
故答案為：．

點評 本題主要考查了蓋斯定律、化學平衡常數(shù)、外界條件對反應速率和平衡的影響，難度中等，根據(jù)課本知識即可完成．